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    昆明建筑使用碳纤维加固

    时间:2020-05-08 15:37 作者:admin
    你的房子重多少?由轻巧的金属铝制表皮组成,该表皮由单个中央门架保持张紧状态,仅重约1.5吨,约为普通房屋重量的10%。鉴于在地球上运输原材料和加工材料对环境的影响越来越大,如今,对重量的强调变得更加重要。汽车和航空航天业通过采用新型和较轻的材料并减轻了部件的重量,在称为“轻量化”的策略上取得了重大进展。这种方法使美国航空公司能够在1978年至2017年之间大幅提高燃油效率125%。从一级方程式车体到自行车部件,越来越多的碳纤维被用于制造许多超轻型结构。碳纤维通常由编织在一起的碳纤维制成,通常用树脂或热塑性塑料涂覆,以形成强度/重量比非常高的复合材料。结果是这种材料的强度和强度是钢的五倍左右,重量轻了五倍,而刚度则是钢的两倍,可以轻松承受热量和腐蚀,使其成为极端环境的理想选择。



    尽管碳纤维成本相对较高,但建筑师和工程师已开始使用它来建造建筑物和基础设施项目,计算设计建筑研究所和建筑结构与结构设计研究所的研究人员在最新工作中使用碳纤维作为杰出的建筑材料:2019年纤维展馆在德国的B用透明的ETFE膜包裹着玻璃纤维和碳纤维肋骨制成的圆顶。该团队对机器人进行了编程,使其能够以空间排列方式运送492,000以上的纤维丝,从而可以根据结构载荷来改变纤维类型和密度。为了模拟生物系统而设计,碳纤维围绕着透明的玻璃纤维,以形成类似于弯曲肌肉组织的捆绑结构构件。根据该团队的说法,单个纤维成分可以支撑“约25吨或超过15辆汽车的重量”。圆顶的自由跨度约为75尺,占地面积为4,305平方尺,由60个组件组成,每个组件每平方米仅重16.8斤。

    尽管ICD/ITKE的工作采用了定制演示的形式,但另一个研究团队已经在公共基础设施中广泛部署了碳纤维。云南大学的高级结构与复合材料中心已经开发出一种由碳纤维增强混凝土制成的复合拱桥系统。该系统专为65英尺以下的单跨桥梁而设计,由一系列碳纤维增强聚合物管组成,这些管在现场填充混凝土,然后在顶部铺上钢筋混凝土面板。类似于充气筏,CFRP试管以紧凑,折叠的状态运输到现场,因此被称为“背包中的桥”。根据该中心的网站,“这些拱门易于运输,可快速部署,并且不需要搬运传统建筑材料所需的重型设备或庞大的工作人员。”除了轻巧之外,CFRP管还可以用作混凝土模板,从而消除了对其他材料的需求。它们还可以用作非腐蚀性的混凝土增强材料,这比易生锈的钢具有明显的优势。基于这些优点,迄今为止,该系统已用于构建23座桥梁。

    这些示例说明了轻便性以及其他材料属性如何使碳纤维在建筑方面占优势。但是,当项目还要求增强可持续性时,这种轻度表现如何?

    在2019年12月的《工业周刊》上,高级复合材料制造创新研究所规模扩大研究设施主任王先生解释说:`碳纤维具有最大的轻量化潜力,但需要很多能源。”根据本发明的研究由能源和国家实验室的部门进行的,典型的CFRP复合需要每千克800兆焦耳(MJ/kg)的一次能源的,平均来说,在生产的1134MJ的当前典型能量强度/公斤。相比之下,钢的需求量为50MJ/kg,因此分别节省了1:16和1:22。此外,每生产一吨碳纤维,就会排放20吨二氧化碳。碳纤维也与化石燃料紧密相关,因为最常见的原料是聚丙烯腈,这是石化行业生产的前体材料。通常用于制造CFRP的化学活化树脂或聚合物也是石油衍生的。《卫报》2017年的文章“碳纤维:具有肮脏秘密的神奇材料”揭示了碳纤维的生产影响以及回收难度。

    然而,对于特定的应用,碳纤维在运行和实际占用空间之间的权衡取舍。据日本制造商称,这种材料可显着降低运输的能源需求:“当使用碳纤维将汽车的车身结构减轻30%的重量时,每减少1吨二氧化碳将减少50吨二氧化碳碳纤维在10年的生命周期内;当使用碳纤维将飞机的机身结构重量减轻20%时,在相同条件下,将减少1400吨二氧化碳。”

    那么这种材料对不动的建筑物是否具有环境意义?材料重量和体积的减少可以在建筑物生命周期的大多数阶段产生积极的影响,因为运输,安装和最终拆卸所需的燃料和重型机械更少。对于建筑物而言,关于碳纤维的运营案例是关于节能的一个较困难的论点,但是,尽管这种材料对过热和环境退化的抵抗力可以延长建筑物的寿命并减少维护。

    为了就是否在建筑中使用碳纤维做出明智的决定,设计团队必须对建筑物预期寿命内的体现和运营影响进行全面评估。在此我不详细介绍的另一个关键考虑因素是成本。

    从环境角度来讲,随着生物基原料使用量的增加,生产工艺的效率提高以及回收率的提高,材料的性能应得到改善。随着碳纤维在生态上的日益优势,用超轻型建筑代替繁琐的建筑的梦想可能越来越接近现实。

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